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uni/slides/223015b/03-speichermedien-schnittstellen.md
Michael Czechowski 5c419c9ed1 gendering: fehlende person-substantive in beiden kursen 
- Nutzer/User -> Nutzende
- Endnutzer -> Endnutzende
- Teilnehmer -> Teilnehmende
- Programmierer/Entwickler -> Programmierende/Entwickelnde
- Web-Entwickler -> Web-Entwickelnde
- Tastatur-Nutzer -> Tastatur-Nutzende
- Benutzer -> Nutzende
- Konsumenten -> KonsumentInnen
- Künstler -> KünstlerInnen
- Autor -> AutorIn
- Fotografen -> FotografInnen
- Kunde -> KundIn

ausgenommen: code-identifiers (User, type User, /users/),
Sender/Empfänger (network protocol), Sawyer (konkrete person),
Hersteller/Betreiber (organisations-rolle).
2026-04-27 17:27:19 +02:00

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marp, theme, paginate, backgroundColor, header, footer, title
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true gaia true Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege (223015b) Michael Czechowski – HdM Stuttgart – SoSe 2026 Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege
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Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege

223015b · Modul "Technik 1" · 1. Semester Digital- und Medienwirtschaft Hochschule der Medien Stuttgart

Sommersemester 2026

https://librete.ch/hdm/223015b/

bg fit

Kapitel 3 – 23.01.2026

Speichermedien & Schnittstellen

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Speicherkapazität: KB vs. KiB

Das Problem: Hersteller vs. Betriebssysteme

Dezimal (SI) Binär (IEC)
1 KB = 1.000 Bytes 1 KiB = 1.024 Bytes
1 MB = 1.000 KB 1 MiB = 1.024 KiB
1 GB = 1.000 MB 1 GiB = 1.024 MiB
1 TB = 1.000 GB 1 TiB = 1.024 GiB

1 TB Festplatte → Windows zeigt ~931 GB!

HDD: Aufbau & Struktur

Komponenten:

  • Platter: Magnetisch beschichtete Scheiben
  • Spindel: Dreht mit 5.400-7.200 RPM
  • Schreib-Lese-Kopf: Schwebt nm-dünn über Platter
  • Aktuator: Bewegt Kopf zur richtigen Spur

Logische Struktur:

  • Spuren: Konzentrische Kreise auf Platter
  • Sektoren: Unterteilung der Spuren (512 Bytes)
  • Zylinder: Gleiche Spuren aller Platter

NVMe: Die SSD-Revolution

NVMe = Non-Volatile Memory Express (2011)

Unterschied zu SATA-SSD:

  • SATA: Max. ~550 MB/s (AHCI-Protokoll)
  • NVMe: Bis zu 7.000+ MB/s (PCIe direkt)

Form-Faktoren: 2,5" (SATA), M.2 (SATA oder NVMe), PCIe-Karte

HDD vs. SSD: Vergleich

Aspekt HDD SSD (NVMe)
Sequentiell ~150 MB/s ~3.500 MB/s
Random Read ~1 MB/s ~500 MB/s
Latenz ~10 ms ~0,02 ms
Preis/TB ~15€ ~60€
Max. Kapazität 24 TB 8 TB (Consumer)
Haltbarkeit 3-5 Jahre 5-10 Jahre

Wann HDD, wann SSD?

Anwendung Empfehlung
Betriebssystem SSD (NVMe)
Anwendungen, Spiele SSD
Video-Editing (Projekte) SSD
Foto-Archiv HDD oder SSD
Backup HDD
NAS / Server HDD (oder Mix)
Cold Storage HDD oder Band

HDD vs. SSD – Vertiefung

HDD (Hard Disk Drive): Magnetplatten rotieren mit 5.400–7.200 RPM; ein Schreib-/Lesekopf schwebt nanometerweit über der Oberfläche. Die Zugriffszeit setzt sich zusammen aus Seek Time (Kopf bewegen) + Rotational Latency (warten auf Sektor).

SSD (Solid State Drive): NAND-Flash-Zellen speichern Bits als elektrische Ladung. Kein mechanischer Zugriff → konstant schnelle Latenz. Aber: Zellen haben begrenzte Schreibzyklen (P/E Cycles).

Aspekt HDD SATA SSD NVMe SSD
Latenz 5–10 ms 0,1 ms 0,02 ms
Seq. Lesen 150 MB/s 550 MB/s 7.000 MB/s
IOPS (4K random) 100 90.000 1.000.000
TBW (1 TB Modell) ∞ 600 TBW 600 TBW

Wear Leveling: SSD-Controller verteilen Schreibvorgänge gleichmäßig, um einzelne Zellen nicht vorzeitig zu erschöpfen. TRIM informiert den Controller über gelöschte Blöcke.

Praxis: System-SSD für OS/Anwendungen (Geschwindigkeit), HDD für Medienarchiv (Kapazität/Preis). RAID schützt vor Einzelausfällen bei beiden.

Dateisysteme

Die Organisation der Daten

Was macht ein Dateisystem?

Aufgaben:

  • Dateien in Blöcke aufteilen
  • Speicherort verwalten (Allokation)
  • Verzeichnisstruktur pflegen
  • Metadaten speichern (Name, Datum, Rechte)
  • Integrität sichern (Journaling)

Ohne Dateisystem: Nur eine Folge von Bytes ohne Struktur.

FAT32: Der Kompatibilitätskönig

File Allocation Table, 32-bit (1996)

Vorteile:

  • Überall lesbar (Windows, Mac, Linux, Kameras, Fernseher...)
  • Einfach, robust

Nachteile:

  • Max. 4 GB pro Datei
  • Max. 2 TB pro Volume
  • Keine Berechtigungen
  • Kein Journaling

Ideal für: USB-Sticks, SD-Karten (Kompatibilität)

exFAT: FAT32 ohne Limits

Extended FAT (2006, Microsoft)

Vorteile:

  • Keine praktischen Dateigrößen-Limits
  • Breite Unterstützung (seit 2019 auch Linux-Kernel)
  • Für Flash-Speicher optimiert

Nachteile:

  • Kein Journaling
  • Weniger robust als NTFS/APFS/ext4

Ideal für: Große Dateien auf portablen Medien

NTFS: Windows-Standard

New Technology File System (1993)

Features:

  • Journaling (Crash-Sicherheit)
  • Dateirechte (ACLs)
  • Kompression, Verschlüsselung
  • Große Dateien und Volumes

Nachteile:

  • Nur Windows schreibt nativ
  • macOS: Nur lesen
  • Linux: Über ntfs-3g (langsamer)

APFS: Apple-Modern

Apple File System (2017)

Features:

  • Snapshots (Zeitpunkt-Kopien)
  • Copy-on-Write (CoW)
  • Native Verschlüsselung
  • Optimiert für SSDs

Nachteile:

  • Nur Apple-Geräte
  • Nicht abwärtskompatibel mit HFS+

ext4: Linux-Standard

Fourth Extended File System (2008)

Features:

  • Journaling
  • Extents (effiziente große Dateien)
  • Online-Defragmentierung
  • Bewährt und stabil

Nachteile:

  • Windows/macOS können nicht nativ lesen
  • Weniger Features als btrfs/ZFS

Dateisysteme: Übersicht

FS Max. Datei Journaling Ideal für
FAT32 4 GB ❌ Kompatibilität
exFAT 16 EB ❌ Große portable Dateien
NTFS 16 EB ✓ Windows
APFS 8 EB ✓ macOS, iOS
ext4 16 TB ✓ Linux

Backup & Archivierung

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Warum Backup?

Realitäten:

  • HDDs haben 1-2% jährliche Ausfallrate
  • SSDs können ohne Vorwarnung sterben
  • Ransomware verschlüsselt Daten
  • Versehentliches Löschen passiert
  • Diebstahl, Brand, Wasserschaden

Die Frage ist nicht ob, sondern wann.

Die 3-2-1-Regel

3 Kopien eurer Daten (Original + 2 Backups)

2 verschiedene Medientypen (z.B. SSD + HDD, oder lokal + Cloud)

1 Kopie an anderem Ort (Offsite: Cloud, anderes Gebäude)

3-2-1-Backup-Regel – Vertiefung

Peter Krogh formulierte die Regel 2005 in „The DAM Book" (Digital Asset Management). Sie schützt gegen unterschiedliche Verlustszenarien:

Bedrohung Schutz durch Beispiel
Hardware-Defekt 3 Kopien SSD stirbt → HDD-Backup vorhanden
Firmware-Bug/Ransomware 2 Medientypen Malware infiziert nur ein System
Feuer/Diebstahl/Flut 1 Offsite Haus brennt → Cloud-Backup sicher

Moderne Erweiterung 3-2-1-1-0:

  • +1 Air-Gapped (offline, nicht verbunden)
  • +0 Verifizierte Backups (regelmäßig Restore testen)

Ransomware-Problem: Vernetzte Backups werden oft mitverschlüsselt. Air-Gapped-Medien (externe HDD im Safe, LTO-Band) bleiben sicher, weil sie physisch getrennt sind.

Realitäts-Check: Die meisten Datenverluste entstehen durch menschliche Fehler (versehentliches Löschen), nicht Hardware-Ausfälle. Versionierte Backups (Time Machine, Borg) schützen auch davor – die gelöschte Datei existiert noch in älteren Snapshots.

Backup-Arten

Vollständig (Full): Kompletter Datenbestand jedes Mal. Einfach, aber langsam und platzhungrig.

Inkrementell: Nur Änderungen seit dem letzten Backup. Schnell, aber Wiederherstellung komplex (Kette).

Differenziell: Änderungen seit dem letzten Voll-Backup. Mittelweg zwischen beiden.

Backup in der Praxis

macOS: Time Machine Windows: Veeam Agent (kostenlos), Windows Backup Linux: rsync, Borg, Restic Cloud: Backblaze, iCloud, Google Drive

Wichtig:

  • Automatisieren (manuell wird vergessen)
  • Regelmäßig testen (Backup nützt nichts, wenn Restore nicht funktioniert)

Langzeitarchivierung

Probleme:

  • Bit Rot (Daten degradieren)
  • Format-Obsoleszenz (wer öffnet .wpd?)
  • Hardware-Obsoleszenz (Diskettenlaufwerk?)

Lösungen:

  • Migration alle 5-10 Jahre auf neue Medien
  • Offene Standards (PDF/A, TIFF, Plain Text)
  • Redundante Kopien

Archivmedien

LTO-Tapes:

  • 18 TB pro Band (LTO-9)
  • ~5€/TB
  • 30 Jahre Haltbarkeit
  • Für Cold Storage ideal

M-DISC:

  • Spezielle DVD/Blu-ray
  • 1.000+ Jahre Haltbarkeit (Herstellerangabe)
  • Für kleine, wichtige Daten

Cloud:

  • Glacier, Backblaze B2
  • Günstig für Langzeit

Schnittstellen

USB: Die Universal-Schnittstelle

Version Jahr Geschwindigkeit
USB 1.1 1998 12 Mbit/s
USB 2.0 2000 480 Mbit/s (~60 MB/s)
USB 3.0 2008 5 Gbit/s (~625 MB/s)
USB 3.1 Gen 2 2013 10 Gbit/s
USB 3.2 Gen 2×2 2017 20 Gbit/s
USB4 2019 40 Gbit/s

USB-C: Der Stecker, nicht die Geschwindigkeit

USB-C ist ein Steckertyp, kein Protokoll!

Ein USB-C-Kabel kann sein:

  • USB 2.0 (480 Mbit/s)
  • USB 3.2 (bis 20 Gbit/s)
  • USB4 (40 Gbit/s)
  • Thunderbolt 3/4 (40 Gbit/s)

Am Stecker nicht erkennbar. → Kabel-Spezifikation prüfen!

Thunderbolt

Thunderbolt 3/4 (2015/2020):

  • 40 Gbit/s
  • PCIe über Kabel (externe GPUs möglich)
  • DisplayPort integriert
  • USB-C-Stecker

Vorteile:

  • Sehr schnell
  • Vielseitig (Daten, Video, Strom)

Nachteile:

  • Teure Kabel
  • Nicht alle USB-C-Ports sind Thunderbolt

Video-Schnittstellen

Schnittstelle Max. Auflösung Features
HDMI 2.0 4K/60Hz ARC, CEC
HDMI 2.1 8K/60Hz, 4K/120Hz VRR, eARC
DisplayPort 1.4 8K/60Hz Daisy-Chain
DisplayPort 2.0 16K/60Hz Mehr Bandbreite

HDMI: Consumer-Geräte (TV, Konsolen) DisplayPort: Computer, Monitore

Netzwerk

Ethernet:

Standard Geschwindigkeit
Fast Ethernet 100 Mbit/s
Gigabit 1 Gbit/s
2.5 Gigabit 2,5 Gbit/s
10 Gigabit 10 Gbit/s

WiFi:

Generation Standard Geschwindigkeit
WiFi 5 802.11ac ~1,3 Gbit/s
WiFi 6 802.11ax ~9,6 Gbit/s
WiFi 7 802.11be ~46 Gbit/s

Welche Schnittstelle für was?

Anwendung Empfehlung
Externe SSD USB 3.2 Gen 2 oder Thunderbolt
USB-Stick USB 3.0 reicht
Monitor DisplayPort oder HDMI 2.0+
NAS im Heimnetz Gigabit Ethernet
Backup-Platte USB 3.0
Video-Editing extern Thunderbolt

Hands-On: Eigene Speicher analysieren

Aufgabe (30 Min):

  1. Welche Laufwerke habt ihr? (SSD, HDD, extern)
  2. Welches Dateisystem nutzt ihr?
  3. Wie ist eure Backup-Situation?
  4. Welche Schnittstellen nutzt ihr?

Tools:

  • Windows: Datenträgerverwaltung
  • macOS: Festplattendienstprogramm
  • Linux: lsblk, df -h

Fragen & Diskussion

Kontakt: lb-czechowski@hdm-stuttgart.de Folien: librete.ch/hdm/223015b

Lizenz & Attribution

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  • Erlaubt Teilen & Anpassen mit Namensnennung
  • Adaptionen müssen unter gleicher Lizenz geteilt werden

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